等离子体活性气体湿化器的制作方法

本发明涉及大气压冷等离子体技术领域，特别是一种等离子体活性气体湿化器。

背景技术：

感染是指病原体侵入人体所引起的局部组织和全身性炎症反应，既包括上述病毒引起的感染，也包括细菌、真菌等引起的感染。当人体肺部发生感染后，呼吸膜增厚、肺泡隔增厚和基质增多，这将使肺泡气体弥散距离及阻力增加，影响肺泡的气体交换功能，导致下呼吸道阻塞和通气换气障碍，出现低氧血症，进而可能导致呼吸困难甚至衰竭、心肌炎、毒血症等症状，因此对肺部感染的抑制十分重要。目前主要使用抗生素或干扰素等药物，通过静脉注射进行肺部感染治疗，但由于肺部的拓扑结构复杂，人体血流送药的效果不理想，疗程往往比较长；特别是有一些病原体(如covid-19病毒)还缺乏有效的静脉注射抗感染药物，使得肺部感染的抑制更加困难。

与静脉注射、血流送药的方式相比，将具有抗感染功能的药物与人体将要吸入的气体混合，通过呼吸使之直接作用于人体肺部，可能是一种更有效的肺部感染治疗方式。由于肺部感染患者在病情进一步加重产生呼吸困难症状后，需要使用呼吸机来辅助呼吸，因此，可以将具有抗感染功能的药物加入到呼吸机的输出气体中。同时，由于人体肺脏对待吸入气体的温度湿度具有一定要求，因此患者在使用呼吸机时，需要使用湿化器对待吸入的气体进行加湿加热，维持鼻部气道通畅并减少鼻部症状、改善血氧饱和度、清理淤积痰液、改善病人的舒适度和顺应性。但是湿化器只能缓解患者呼吸困难的症状，却不能对肺部感染进行有效抑制，不能从源头上解决患者呼吸困难的问题。目前可以通过在湿化器中加入少量抗菌剂以起到抗感染的作用，但是由于大部分抗菌剂都带有刺激性(例如酒精)，而肺部对刺激性药物耐受能力很低，所以抑菌剂的剂量受到严格限制，这导致了肺部抗感染效果不佳。

如果能有一种对病原体灭活效果好、对人体副作用小、并且基本无刺激的抗菌剂，加入到水溶液中，会取得很好的肺部抗感染效果，而经等离子体活化的水溶液就具有这样的功能。等离子体是由大量带电粒子组成的非束缚态宏观体系，广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。常规意义上的等离子体是中性气体产生了相当数量的电离，其最重要、最普遍的产生方法就是气体放电法，包括介质阻挡放电、等离子体射流、电弧放电等。目前，大气压冷等离子体已在材料表面改性、废水处理、半导体刻蚀等领域被广泛研究并应用。由于等离子体的杀菌效果优异且对人体安全，在医疗器械灭菌、伤口愈合和组织消融等方面具有巨大作用，因此等离子体已经成为了一项被医疗行业广泛关注的新技术。

背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种等离子体活性气体湿化器，所述的等离子体活性气体湿化器能够输出湿化的等离子体活性气体，给予了湿化器良好的抑制感染的功能，进一步优化了肺部感染的治疗方案。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种等离子体活性气体湿化器包括，

湿化器本体，其包括活化腔和湿化腔，湿化腔底部与活化腔底部相连使得两个腔室的液体能够流通而气体相互隔离，

蠕动泵，其经由设在活化腔一侧的进液口泵入液体，

等离子体发生器，其气体连通所述活化腔，其产生的大气压冷等离子体通入活化腔的液体中以生成等离子体活性水，

氧化还原电位传感器，其设在所述活化腔以测量等离子体活性水的活化参数，

气体提供单元，其气体连通所述湿化腔，所述气体提供单元输入气体到所述湿化腔的液面下方，

湿度传感器，其设在所述湿化腔以测量湿化腔液面上方的气体湿度，

出气口，其设在所述湿化腔以输出所述气体。

优选的，所述的等离子体活性气体湿化器中，所述等离子体发生器与活化腔形成循环气路，循环气路包括用于将活化腔的液面上方气体引入等离子体发生器的进气通道和将所述大气压冷等离子体输入活化腔的液面下方的出气通道。

优选的，所述的等离子体活性气体湿化器中，所述湿化器还包括控制单元，其一端连接所述氧化还原电位传感器和湿度传感器，另一端连接所述蠕动泵、高压电源和气体提供单元，控制单元基于所述活化参数和气体湿度控制蠕动泵、高压电源和气体提供单元。

优选的，所述的等离子体活性气体湿化器中，控制单元为单片机、数字信号处理器、专用集成电路asic或现场可编程门阵列fpga，所述控制单元包括存储器和计时器，所述存储器包括一个或多个只读存储器rom、随机存取存储器ram、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器eeprom。

优选的，所述的等离子体活性气体湿化器中，所述湿化器本体设有加热液体的加热片，所述出气口设有加热气体的加热丝和测量气体温度的温度传感器。

优选的，所述的等离子体活性气体湿化器中，等离子体发生器包括，

陶瓷介质板，

铜高压电极，其贴合所述陶瓷介质板上表面，

网状地电极，其贴合所述陶瓷介质板下表面，铜高压电极与网状地电极分别与高压电源相连经由介质阻挡放电在网状地电极下方生成大气压冷等离子体，大气压冷等离子体经由气泵和止回阀输入活化腔的液面下方生成等离子体活性水。

优选的，所述的等离子体活性气体湿化器中，所述出气口连接呼吸面罩，所述气体提供单元包括呼吸机，其提供待湿化的气体。

优选的，所述的等离子体活性气体湿化器中，等离子体发生器的放电方式包括介质阻挡放电、射流放电、电晕放电或滑动弧放电，所述活化腔的液体包括医用纯化水、生理盐水、酒精溶液或双氧水。

优选的，所述的等离子体活性气体湿化器，用于医疗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

所述等离子体活性气体湿化器通过等离子体发生器制备等离子体活性水进而湿化气体，使得该湿化器在满足湿化器基本功能的同时，加入了等离子体活化功能，使得输出气体中含有等离子体活性成分，具有肺部感染抑制功能。等离子体与水溶液接触后，等离子体气相活性粒子经气液两相反应转化为液相活性粒子，得到的水溶液被称为等离子体活性水，也具有很强的杀灭病原体能力。所述等离子体活性气体湿化器能够同时进行湿化和活化，实现了等离子体活性水的现用现制，避免了等离子体活性水因时间过长而失活，提高了活性成分浓度与肺部感染抑制效果。所述等离子体活性气体湿化器的活化腔和湿化腔底部连通的结构设计有效防止等离子体尾气被患者吸入，而且两者结合在一起有效减小了所述等离子体湿化器的体积和重量。

对等离子体活性水溶液(医用纯化水、高倍稀释h2o2)与传统抗菌剂(医用双氧水、洗必泰溶液)进行了杀灭病原体的对比实验，实验结果如图1所示，其表明在对金黄色葡萄球菌的杀灭上，等离子体活性水溶液超过传统抗菌剂(医用双氧水、洗必泰溶液)3个数量级以上，这说明等离子体活性水溶液对病原体的杀灭能力强于传统抗菌剂。此外，重症医疗领域权威期刊《shock》的文章表明，等离子体活性水对脓毒症具有治疗效果，使得脓毒症模型的小鼠的5天存活率提高了7倍，如图2所示。脓毒症是指由感染引起的全身炎症反应综合征，该文章表明等离子体活性水可以减少小鼠体内病原体数量，减少细胞凋亡，最终提高了脓毒症模型小鼠的存活率，间接说明等离子体活性水溶液能够高效杀灭病原体而且对人体安全无毒副作用，等离子体活性水有望成为一种降低脏器损伤，同时清除病原体感染的临床治疗技术。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的等离子体活性水的灭菌效果对比示意图；

图2是根据本发明一个实施例的等离子体活性水对小鼠脓毒症治疗的生存率示意图；

图3为本发明所述的等离子体活性气体湿化器实施例的结构框图；

图4为本发明所述的等离子体活性气体湿化器实施例中等离子体发生器的结构及连接示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至附图4更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图3所示，一种等离子体活性气体湿化器包括，

湿化器本体，其包括活化腔121和湿化腔122，湿化腔122底部与活化腔121底部相连使得两个腔室的液体能够流通而气体相互隔离，

蠕动泵181，其经由设在活化腔121一侧的进液口泵入液体，

等离子体发生器110，其气体连通所述活化腔121，其产生的大气压冷等离子体通入活化腔121的液体中以生成等离子体活性水，

氧化还原电位传感器141，其设在所述活化腔121以测量等离子体活性水的活化参数，

气体提供单元171，其气体连通所述湿化腔122，所述气体提供单元171输入气体到所述湿化腔122的液面下方，

湿度传感器142，其设在所述湿化腔122以测量湿化腔122液面上方的气体湿度，

出气口，其设在所述湿化腔122以输出所述气体。

本发明将大气压等离子体技术引入湿化器，能够独自制备等离子体活性水，并且能够同时进行活化和湿化，避免活性水失活，保证输出气体不仅湿度合适而且含有等离子体活性成分，具有肺部感染抑制功能。

所述的等离子体活性气体湿化器的优选实施例中，所述等离子体发生器110与活化腔121形成循环气路，循环气路包括用于将活化腔121的液面上方气体引入等离子体发生器110的进气通道和将所述大气压冷等离子体输入活化腔121的液面下方的出气通道。

所述的等离子体活性气体湿化器的优选实施例中，所述湿化器还包括控制单元150，其一端连接所述氧化还原电位传感器141和湿度传感器142，另一端连接所述蠕动泵181、高压电源162和气体提供单元171，控制单元150基于所述活化参数和气体湿度控制蠕动泵181、高压电源162和气体提供单元171。

所述的等离子体活性气体湿化器的优选实施例中，控制单元150为单片机、数字信号处理器、专用集成电路asic或现场可编程门阵列fpga，所述控制单元150包括存储器和计时器，所述存储器包括一个或多个只读存储器rom、随机存取存储器ram、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器eeprom。

所述的等离子体活性气体湿化器的优选实施例中，所述湿化器本体设有加热液体的加热片131，所述出气口设有加热气体的加热丝132和测量气体温度的温度传感器。

所述的等离子体活性气体湿化器的优选实施例中，等离子体发生器110包括，

陶瓷介质板212，

铜高压电极211，其贴合所述陶瓷介质板212上表面，

网状地电极213，其贴合所述陶瓷介质板212下表面，铜高压电极211与网状地电极213分别与高压电源162相连经由介质阻挡放电在网状地电极213下方生成大气压冷等离子体，大气压冷等离子体经由气泵182和止回阀183输入活化腔121的液面下方生成等离子体活性水。

所述的等离子体活性气体湿化器的优选实施例中，所述出气口连接呼吸面罩172，所述气体提供单元171包括呼吸机，其提供待活化的气体。湿化器可用于处理从呼吸机等气源输出的呼吸用气，一方面使气体湿度达到呼吸要求，另一方面通过气体携带的等离子体活性成分，有望预防、治疗肺部感染疾病。

所述的等离子体活性气体湿化器的优选实施例中，等离子体发生器110的放电方式包括介质阻挡放电、射流放电、电晕放电或滑动弧放电，所述液体包括医用纯化水、生理盐水、酒精溶液或双氧水。

所述的等离子体活性气体湿化器的优选实施例中，所述活化腔121和湿化腔122经由从顶部向下延伸的分隔板分隔，所述分隔板部分浸没在液体中。

能够理解，所述的等离子体活性气体湿化器可以用于医疗。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，所述等离子体活性气体湿化器包括等离子体发生器110、高压电源162、活化腔121、湿化腔122、蠕动泵181、加热装置、温湿度传感器142、氧化还原电位传感器141、控制单元150。

所述等离子体发生器110采用介质阻挡放电方式，由放电片和绝缘外壳组成，放电片由铜高压电极211、陶瓷介质板212、网状地电极213组成，为沿面介质阻挡放电结构，陶瓷介质板212一面贴有铜高压电极211，另一面与网状地电极213贴合，绝缘外壳将放电片夹紧固定并在网状地电极213附近形成空心小腔室，高压电极211与网状地电极213分别与高压电源162的输出端相连；待开始放电后，气体在气泵182的作用下开始在活化腔121和等离子体发生器110内循环流动，制备等离子体活性水。

所述高压电源162，用于向等离子体发生器110提供高电压；

所述活化腔121和湿化腔122底部连通，使得液体能够流通而气体区域相互隔离，既能维持湿化腔122内水溶液为新制备的等离子体活性水，保证待输出气体具有等离子体活性成分，具有肺部感染功能；又能避免等离子体发生器110产生的等离子体与待输出气体直接混合。

所述蠕动泵181，用于加入待处理水溶液，保持活化腔121和湿化腔122内水量稳定；

所述加热装置包括加热片131和加热丝132，其中加热片131用于为湿化器中的活性水加热，保证湿化器内温度湿度满足要求；其中加热丝132用于为出气口管道的气体加热，保证湿化器的输出气体满足温度湿度要求，避免输出待输出气体在出气口管道中冷凝或过热；

所述温湿度传感器142，分别位于湿化腔122出气口附近和出气口管道末端，分别测量湿化腔122出气口和出气口管道末端温湿度，反馈给控制单元150，控制单元150据此调节加热装置，保证湿化器输出气体满足温度湿度要求，人体肺部吸入气体的最佳温度37℃、绝对湿度44mg/l；

所述氧化还原电位传感器141位于活化腔121底部，用于监测等离子体活性水活化效果，当水溶液的氧化还原电位高于某一阈值时才开始湿化气体，保证输出气体活化效果满足要求。

所述控制单元150，用于实时测量高压电源162放电电压、待输出气体温湿度、水溶液氧化还原电位等数据，并据此对湿化器进行控制调节，保证湿化器湿化效果满足要求。

本实施例中，等离子体发生器110和活化腔121通过两根导气管连通，工作时含有活性粒子的气体在气泵182作用下在等离子体发生器110和活化腔121间进行内循环，防止气体外泄，保证等离子体活性水制备效率，且循环气路设置有止回阀183，防止液体回流至等离子体发生器110。

本实施例中，放电片由铜高压电极211、圆形陶瓷介质板212、网状地电极213组成，为沿面介质阻挡放电结构，其中铜高压电极211为80mm*80mm的矩形，陶瓷介质板212和网状地电极213均为100mm*100mm的矩形。陶瓷介质板212一面贴有铜高压电极211，另一面与网状地电极213贴合，绝缘外壳将放电片夹紧固定，高压电极211与网状地电极213分别与高压电源162的输出端相连；待开始放电后，放电片通过介质阻挡放电产生大气压冷等离子体，含有活性成分的气体在气泵182作用下开始在活化腔121和等离子体发生器110内循环流动，对水溶液进行活化。

进一步的，所述等离子发生器外壳间隙处，使用密封胶等粘接，保证等离子体发生器110工作时内部气体不泄露至外部大气环境。

本实施例中，待湿化气体为呼吸机输出的气体。

本实施例中，气泵182流速为2l/min。

本实施例中，蠕动泵181流速为0.5ml/min。

本实施例中，待活化水溶液为生理盐水。

本实施例中，加热装置材质为镍铬合金。

本实施例中，湿度传感器142为使用sht30芯片制作的传感器。

本实施例中，高压电源162为正弦高压电源162，输出电压为6kv，输出频率为15khz，由220v交流电作为该高压电源162的输入。

进一步的，湿化器外围可添加保温层，防止湿化器内部散热过快。

本实施例中，控制单元150核心芯片采用stm32f103系列单片机，通过降压电路读取高压电源162放电电压，通过温湿度传感器142读取湿化器内的气体实时温湿度，通过氧化还原电位传感器141读取湿化器内水溶液的氧化还原电位，并据此进行调节控制，保证湿化器稳定工作。

在一个实施例中，等离子体发生器110产生大气压冷等离子体通入活化腔121以制备等离子体活性水；湿化腔122与活化腔121底部相连，使液体能够流通而气体区域相互隔离，待输出气体在湿化腔122内被等离子体活性水湿化，并获得等离子体活性；湿度传感器142监测湿化腔122出气口附近气体湿度；氧化还原电位传感器141监测活化效果；蠕动泵181用于保持活化腔121和湿化腔122内水量适中。该湿化器输出的气体不仅处于潮湿状态，而且具有等离子体活性。

所述等离子体发生器110采用介质阻挡放电、等离子体射流、滑动弧放电中的一种方式或任意组合产生等离子体，通入活化腔121中处理水溶液得到等离子体活性水，进而通过等离子体活性水湿化待输出气体，使得输出气体含有等离子活性成分。

所述活化腔121和湿化腔122底部连通，使得液体能够流通而气体区域相互隔离，既能维持湿化腔122内水溶液为新制备的等离子体活性水，保证待输出气体具有等离子体活性成分；又能避免等离子体发生器110产生的等离子体与待输出气体直接混合。所述水溶液为医用纯化水、生理盐水、酒精溶液或双氧水。

更优的，也可以在水溶液中加入应用所需的药剂。

可选的，所述活化腔121和湿化腔122也可通过蠕动泵181连通实现水溶液流通而气体隔离的效果。

所述等离子体发生器110与活化腔121形成循环气路，将等离子体处理水溶液后剩余尾气中的活性成分循环利用，同时防止气体泄漏，避免等离子体发生器110直接产生的等离子体对人体、环境造成危害。避免等离子体产生的o3等活性粒子溢出到外部空间，对周围环境造成影响。

更优的，所述等离子体发生器110间隙处使用密封胶等粘接密封，保证活性水制备过程中等离子体气体不泄露至外部，提高等离子体活性水制备效率。

更优的，所述等离子发生器循环气路出气口可设置止回阀183，防止水溶液回流至等离子体发生器110。

所述湿度传感器142用于监测湿化腔122内气体湿度，保证输出气体湿度满足要求；所述氧化还原电位传感器141用于监测水溶液的活化效果，首先使用含有等离子体活性成分的气体对水溶液进行活化，当水溶液的氧化还原电位高于某一阈值时才开始湿化气体，以保证输出气体活性满足要求。

更优的，可使用温度传感器和加热装置，使得输出气体温度可调。

更优的，湿化器外围可添加保温层，防止湿化器内部散热过快。

在一个实施例中，所述等离子体活性气体湿化器包括等离子体发生器110、活化腔121、湿化腔122、加热片131、加热丝132、氧化还原电位传感器141、温湿度传感器142、控制单元150、直流稳压电源161、高压电源162、气体提供单元171、呼吸面罩172、蠕动泵181、气泵182、止回阀183。

本实施例中，湿化器工作时，220伏市电经由直流稳压电源161转为其他等级电压用于湿化器内部部分供电，打开蠕动泵181，将生理盐水泵入活化腔121和湿化腔122内，等到活化腔121和湿化腔122内生理盐水达到规定值时，关闭蠕动泵181，控制单元150控制高压电源放电162，等离子体发生器110产生等离子体，含有等离子体活性成分的气体经由气泵182和止回阀183进入活化腔121中制备等离子体活性水，氧化还原电位传感器141对水溶液进行氧化还原电位监测，加热片131和加热丝132开始加热，温湿度传感器142对湿化器内气体温湿度进行监测，当水溶液氧化还原电位和气体温湿度达到某一值时，气体提供单元171输出气体至湿化腔中，湿化器正式开始湿化，获得湿化的等离子体活性气体，输出至呼吸面罩172，该气体不仅能够满足人体呼吸要求，而且具有肺部感染抑制功能。

本实施例中等离子发生器110结构及连接示意图如图4所示，等离子体发生器由铜高压电极211、圆形陶瓷介质板212、网状地电极(铜)213组成，为沿面介质阻挡放电结构，陶瓷介质板212一面贴有铜高压电极211，另一面与网状地电极213贴合，绝缘外壳将放电片夹紧固定，铜高压电极211与网状地电极213分别与高压的电源262输出端相连；待开始放电后，等离子体发生器110通过介质阻挡放电在网状地电极213下方产生大气压冷等离子体，对水溶液进行活化。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。